新型剛玉磨料及其製備方法
2024-04-09 05:20:05
專利名稱：新型剛玉磨料及其製備方法
技術領域：
本發明是關於磨料及其製備方法的，尤其涉及一種剛玉磨料及其製備方法。
背景技術：
磨料為人類所用己經有數千年之久.在人類的遠古時期，原始人就已使用天然磨料來磨 銳木質工具.骨頭和隧石等。在應用天然磨料時，人們逐漸認識到，幾乎所有的天然磨料都 含有結晶氧化鋁，並且能起磨削作用的就是結晶氧化鋁。基於這種認識，人們開始設法將含 氧化鋁的物質熔融製作成磨料，其磨削效果優於天然磨料。1893年法國人，1894年德國人分 別獲得熔融剛砂的專利權，自此開創了人造剛玉磨料的工業應用。
隨著科學技術的發展和製造技術水平的提高，剛玉磨料的應用範圍和市場需求量越來越 大，剛玉的品種也出現了多樣化，以滿足不同的應用，如白剛玉、棕剛玉、鉻剛玉等。但餘 百年來，雖然剛玉的品種有所發展，性能也略有差別，但從根本上並沒有改變剛玉的電熔制 備方法和剛玉的內部品體結構，因此也就沒有帶來其性能和使用性能的明顯改變。但隨著現 代科學技術水平的提高，尤其現代製造業水平的提高，對加工產品的精度、加工質量、加工
效率要求越來越高，同時，新材料的出現，新的加工問題也不斷出現，加工難度也不斷加大， 這必然對承載加工使命的磨料、磨具提出更高的要求。
剛玉(化學組成A1A)磨料由於機械強度高、硬度大、耐化學腐蝕、價格低廉等特點， 是目前世界上廣泛應用的一種磨料，用於許多領域中的磨削、研磨、拋光等機械加工，年產 量約150 160萬噸。傳統剛玉磨料採用電熔法製備，不僅耗能高，而且晶粒尺寸大，晶粒尺 寸一般為50(am左右。而氧化鋁的磨削應用效果受其內部晶粒大小的影響明顯，磨料的細晶結 構，可以使其韌性提高、自銳性好、磨粒鋒利、磨損少、切削能力強、磨削效率高等，提高 剛玉磨料及其製品的使用效果和使用壽命。
隨著世界能源的日趨緊張，節能降耗不僅是企業降低成本，提高經濟效益的有效途徑， 也是全社會共同的責任和目標。另外，隨著現代科學技術的發展，對產品的質量、精度的要 求越來越高，也自然對加工工具的加工質量、加工效率、加工成本等提出更高的要求。因此， 節能降耗和提高剛玉磨料的性能已勢在必行。
發明內容
本發明的目的是降低剛玉磨料生產的能耗，提供一種較高的產品性能和較高的使用壽命 的剛玉磨料及其製備方法。
本發明的新型剛玉磨料，其原料組分及其重量百分比含量為A12(S04)3.18H20或 AlNOr9H20 99.15% 99.85%，添加劑0.15% 0.85%;所述添加劑為Ca(N03)2、 Fe(N03)3、 (CH3CH20)4Ti、 Mg(N03)2、 C8H204Si、 Sb(CH3COO)3，其各佔添加劑的重量百分比含量為0 % 25%Ca(N03)2、 0% 15 Fe(N03)3、 0% 10%(CH3CH2O)4Ti、 0% 30%Mg(NO3)2、 40 % 90%C8H2O4Si、 0 8%Sb(CH3COO)3。
新型剛玉磨料的製備方法，是採用溼化學方法和高溫煅燒，具體實施步驟為
(1) 將Al2(S04)r18H20或A1N03.9H20首先溶於水，溶於水後過濾去除雜質，配成0. 1 摩爾/升 0. 2摩爾/升的含A產的水溶液；
(2) 在步驟(1)的水溶液中加入氨水並攪拌使其完全凝膠化或沉澱，再經抽慮、洗滌、
乾燥工藝獲得A1(0H)3固體；
(3) 將相應量的添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；將含有添加劑的Al(OH)3固體經過 等靜壓造粒，再經過球磨、震磨、對滾、擠壓工藝整形為等積型、片狀、尖片狀或長柱狀， 並進行預篩分和分級；
(4) 將歩驟(3)已進行預篩分和分級的磨料在125(TC 140(TC煅燒，再進一步的過篩、 分級，製得不同粒度和顆粒形狀的新型剛玉磨料。剛玉磨料顆粒內部的顯微晶粒尺寸在 50nm 3|om之間。
本發明的有益效果是，降低了製備剛玉磨料所消耗的能量，改變了剛玉顆粒內部的顯微 結構，大大降低了剛玉晶體的晶粒尺寸，提高了傳統電容剛玉的韌性，改善了其磨削應用效 果和加工使用壽命。
新型剛玉磨料的硬度與傳統電容剛玉的硬度相當，而韌性達到傳統電容剛玉的1.3 2 倍，磨削效率比電熔剛玉砂輪提高25%以上，使用壽命延長l倍以上，總的磨削加工生產成 本可降低到普通電熔剛玉製品的1/4。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述。
氧化鋁的磨削應用效果受其內部晶粒大小的影響明顯，磨料的細晶結構，不僅可以使其 韌性提高，磨削精度提高，而且在磨削使用過程中脫落的是納米級的小晶粒，磨具的使用壽 命會大大提高，同時隨著小晶粒的脫落而露出無數鋒利的新刃，磨削效率也會大大提高。鑑於上述原因及節約能源的目的，本發明採用溼化學方法合成含鋁物質，再經高溫煅燒而製備 新型剛玉磨料。 實施例l
採用99.85^的A1N03.9H20和Q,15^的添加劑為原料，氨水為沉澱劑製備新型剛玉磨料。 首先將A1N03.9H20溶於水後過濾去除雜質，配成0. 1摩爾/升的含A產的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水並攪拌使含該A產的水溶液完全凝膠化，再經抽慮、洗滌、乾燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.1 %添加劑的原料組分及其重量百分比含量 為20%Ca(NO3)2、 13%Fe(N03)3、 7%(CH3CH20)4Ti、 20%Mg(NO3)2、 40%C8H20O4Si。
將含有添加劑的Al(OH)3固體經過等靜壓造粒，再經過球磨工藝進行整形，並進行預篩 分和分級；
將進行過預篩分和分級整形過的Al(OH)3固體在140(TC下煅燒，再進一步的過篩、分級，
製得不同粒度的新型剛玉磨料。 實施例2
採用99.6^的Al2(SO4)rl8H2O和0.4X的添加劑為原料，氨水為沉澱劑製備新型剛玉磨料。 首先將A12(S04)3.18H20溶於水後過濾去除雜質，配成0. 15摩爾/升的含Ar的水溶液 向上述溶液中滴加氨水並攪拌使含該A產的水溶液完全凝膠化，再經抽慮、洗滌、千燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.4%添加劑的原料組分及其重量百分比含量.
為5%Ca(N03)2、 3%Mg(N03)2、 90%C8H20O4Si、 2%Sb(CH3COO)3 。
將含有添加劑的Al(OH)3固體經過等靜壓造粒，再經過球磨工藝進行整形，並進行預篩
分和分級；
將進行過預篩分和分級整形過的Al(OH)3固體在135(TC下煅燒，再進一步的過篩、分級，
製得不同粒度的新型剛玉磨料。 實施例3
採用99.15%的A1NCV9H20和0.85%的添加劑為原料，氨水為沉澱劑製備新型剛玉磨料。 首先將A1N03"H20溶於水後過濾去除雜質，配成0. 2摩爾/升的含A廣的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水並攪拌使含該A產的水溶液完全凝膠化，再經抽慮、洗滌、乾燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.85%添加劑的原料組分及其重量百分比含 量為14%Ca(N03)2、 4%Fe(N03)3、 2%(CH3CH20)4Ti、 12%Mg(N03)2、 60%C8H20O4Si、8%Sb(CH3COO)3。
將含有添加劑的Al(OH)3固體經過等靜壓造粒，再經過對滾工藝進行整形，並進行預篩 分和分級；
將進行過預篩分和分級整形過的AI(OH)3固體在125(TC下煅燒，再進一步的過篩、分級，
製得不同粒度的新型剛玉磨料。 實施例4
採用99.3X的Al2(SO4)3.18H2O和0.7X的添加劑為原料，氨水為沉澱劑製備新型剛玉磨料。
首先將A12(S04)348H20溶於水後過濾去除雜質，配成0. 1摩爾/升的含Ar的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水並攪拌使含該AP+的水溶液完全凝膠化，再經抽慮、洗滌、乾燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.7%添加劑的原料組分及其重量百分比含量 為6. 7%Ca(N03)2、 2.6%Fe(N03)3、 1.7%(CH3CH20)4Ti、 18. l%Mg(N03)2、 69.7%C8H20O4Si、 1.2%Sb(CH3COO)3。將含有添加劑的Al(OH)3固體經過等靜壓造粒，再經過球磨工藝進行整 形，並進行預篩分和分級；
將進行過預篩分和分級整形過的Al(OH)3固體在130(TC下煅燒，再進一歩的過篩、分級，
製得不同粒度的新型剛玉磨料。
本發明並不局限於上述實施過程，很多細節的變化是可能的，但這並不因此違背本發明
的範圍和精神。
權利要求
1. 一種新型剛玉磨料，其原料組分及其重量百分比含量為Al2(SO4)3·18H2O或AlNO3·9H2O 99.15％～99.85％，添加劑0.15％～0.85％；所述添加劑為Ca(NO3)2、Fe(NO3)3、(CH3CH2O)4Ti、Mg(NO3)2、C8H20O4Si、Sb(CH3COO)3，其各佔添加劑的重量百分比含量為0％～25％Ca(NO3)2、0％～15Fe(NO3)3、0％～10％(CH3CH2O)4Ti、0％～30％Mg(NO3)2、40％～90％C8H20O4Si、0～8％Sb(CH3COO)3。
2. 權利要求1的新型剛玉磨料的製備方法，是採用溼化學方法和高溫煅燒，具有如下步驟(1) 採用A12(S04)3.18H20或A1N03.9H20為原料，溶於水後過濾去除雜質，配成0. 1 摩爾/升 0. 2摩爾/升的含AP+的水溶液；(2) 在步驟(1)的水溶液中加入氨水並攪拌使其完全凝膠化或沉澱，再經抽慮、洗滌、 乾燥工藝獲得Al(OH)3固體；(3) 將相應量的添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；將含有添加劑的Al(OH)3固體經等 靜壓造粒，再經過球磨、震磨、對滾、擠壓工藝進行整形，並進行預篩分和分級； (4) 將歩驟(3)已進行預篩分和分級的磨料在125(TC 140(TC煅燒，再進一歩的過篩、 分級，製得不同粒度的新型剛玉磨料。
3. 根據權利要求2的新型剛玉磨料的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)的Al(OHh 固體顆粒整形為等積型、片狀、尖片狀或長柱狀，最終磨料顆粒形狀可控。
4. 根據權利要求2的新型剛玉磨料的製備方法，其特徵在於，所述步驟(4)的剛玉磨 料顆粒內部的顯微晶粒尺寸在50nm 3pm之間。
全文摘要
本發明公開了一種新型剛玉磨料，主晶相為Al2O3。其原料組分及其重量百分比含量為Al2(SO4)3·18H2O或AlNO3·9H2O 99.15％～99.85％，添加劑0.15％～0.85％；所述添加劑為Ca(NO3)2、Fe(NO3)3、(CH3CH2O)4Ti、Mg(NO3)2、C8H20O4Si和Sb(CH3COO)3，其各佔添加劑的重量百分比含量為0％～25％Ca(NO3)2、0％～15Fe(NO3)3、0％～10％(CH3CH2O)4Ti、0％～30％Mg(NO3)2、40％～90％C8H20O4Si、0～8％Sb(CH3COO)3。以氨水為沉澱劑，採用溼化學方法製備Al(OH)3固體，再經過篩分、造粒及1250℃～1400℃的煅燒，獲得新型剛玉磨料。磨料顆粒形狀可控，其顯微晶粒在50nm～3μm之間。本發明降低了能源消耗，提高了傳統電容剛玉的韌性，改善了其磨削應用效果和加工使用壽命。
文檔編號C09K3/14GK101434829SQ20081015429
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者朱玉梅, 李志宏 申請人:天津大學